H級(jí)燃?xì)鈾C(jī)組汽機(jī)軸封系統(tǒng)問(wèn)題研究及改進(jìn)

梁其鋒　柳治民　楊星　田明巖

摘要：對(duì)西門(mén)子H級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中蒸汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并給出解決問(wèn)題的方法及建議：機(jī)組溫、熱態(tài)時(shí)先投入軸封，之后拉真空。機(jī)組改造后，軸封蒸汽供應(yīng)溫度可以保持與轉(zhuǎn)子匹配，且軸封系統(tǒng)將可控可調(diào)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);聯(lián)合循環(huán);軸封系統(tǒng)

0? ? 引言

廣東某廠H級(jí)燃機(jī)采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的SGT5-8000H型高效一拖一雙軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。其中，汽機(jī)為西門(mén)子公司生產(chǎn)的三壓、再熱、抽凝式、高中壓合缸、水平一側(cè)排汽汽輪機(jī)，型號(hào)為SST5-5000，額定出力223 MW。軸端汽封采用迷宮式汽封，通過(guò)主軸上的汽封齒與汽封片之間相互配合，通過(guò)等焓節(jié)流和耗散效應(yīng)將汽缸內(nèi)部壓力與環(huán)境溫度隔開(kāi)實(shí)現(xiàn)密封。本文研究了蒸汽輪機(jī)調(diào)試過(guò)程中軸封系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并提出了改造建議[1-2]。

1? ? 調(diào)試過(guò)程中存在問(wèn)題描述

汽機(jī)對(duì)軸封供汽的汽源有壓力及溫度要求，汽機(jī)軸封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

高、中、低壓軸封密封蒸汽由一根總的供汽調(diào)閥供汽，高、中壓軸封共用同一根母管，供汽母管上設(shè)置一個(gè)溢流閥。在投入軸封初期（機(jī)組低負(fù)荷時(shí)）由供汽調(diào)閥提供軸封母管蒸汽壓力3.5 kPa（35 mbar），在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)軸封切至自密封，由溢流閥控制軸封壓力3.5 kPa（35 mbar）;當(dāng)軸封溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，開(kāi)啟軸封溢流增加通流量，降低或升高軸封溫度至軸封允許范圍之內(nèi)。當(dāng)軸封溫度持續(xù)在過(guò)高或者過(guò)低的溫度下運(yùn)行時(shí)，觸發(fā)高限或低限溫度報(bào)警。各瓦回汽各有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)各瓦蒸汽不冒不漏，達(dá)到最佳狀態(tài)。

在機(jī)組調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)軸封運(yùn)行存在下述問(wèn)題[3]：

1.1? ? 順控投入軸封問(wèn)題

在汽機(jī)軸封蒸汽投入SGC步序STEP 1中完成判斷條件：真空破壞閥關(guān)閉且真空小于80 kPa（0.8 bar）（絕對(duì)壓力）。

SGC順控走步過(guò)程中必須先開(kāi)啟真空泵將真空拉至小于80 kPa（0.8 bar），才能進(jìn)入下一步序。

此過(guò)程存在問(wèn)題：機(jī)組在溫、熱態(tài)時(shí)，先抽真空至80 kPa（0.8 bar），將冷空氣吸入汽缸內(nèi)，容易導(dǎo)致汽機(jī)局部受熱不均勻，從而引發(fā)局部熱彎曲，可能對(duì)汽機(jī)產(chǎn)生不良影響，如軸封碰磨、軸發(fā)生永久彎曲損傷，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致盤(pán)車轉(zhuǎn)速下降或者抱軸等事故。

而《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》（國(guó)能安全〔2014〕161號(hào)）中8.3.3.6要求：“機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)投軸封供汽時(shí)，應(yīng)確認(rèn)盤(pán)車裝置運(yùn)行正常，先向軸封供汽，后抽真空。停機(jī)后，凝汽器真空到零，方可停止軸封供汽。應(yīng)根據(jù)缸溫選擇供汽汽源，以使供汽溫度與金屬溫度相匹配。”

綜上可以看出，軸封SGC順控不僅存在違反《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的情況，還有可能對(duì)汽機(jī)造成不良影響。在未改造前，溫、熱態(tài)軸封系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)手動(dòng)投入軸封后再拉真空。

1.2? ? 軸封供汽問(wèn)題

輔助蒸汽給軸封系統(tǒng)提供密封蒸汽，在機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行過(guò)程中，軸封供汽調(diào)節(jié)閥邏輯保護(hù)如表1所示。

機(jī)組啟動(dòng)前，高、中、低壓軸封由輔汽供給，此時(shí)蒸汽通流量較大，控制輔汽的壓力及溫度可以滿足機(jī)組所需密封蒸汽要求;機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷后，高、中壓軸封由原來(lái)需要密封蒸汽逐步變成軸封溢流狀態(tài)，此時(shí)只有低壓軸封需要供汽，但高、中壓軸封溢流蒸汽量明顯比低壓軸封需要的蒸汽量大。為了保證軸封母管的氣壓要求[3.5 kPa（35 mbar）]，軸封供汽閥關(guān)閉，溢流閥開(kāi)啟。輔助供汽此時(shí)蒸汽無(wú)通流，軸封供汽閥前蒸汽溫度會(huì)不斷下降，容易下降至供氣閥保護(hù)關(guān)條件，導(dǎo)致軸封供汽閥閉鎖無(wú)法打開(kāi)，如果此時(shí)機(jī)組發(fā)生異常跳閘或者快速減負(fù)荷情況，由于軸封系統(tǒng)無(wú)法正常投用，將破壞真空，迫停燃機(jī)，擴(kuò)大事故，嚴(yán)重時(shí)汽機(jī)由軸封吸入冷空氣，甚至可能導(dǎo)致軸發(fā)生局部熱彎曲，由此引起汽機(jī)損壞。

調(diào)試過(guò)程中為了避免此種情況發(fā)生，在機(jī)組軸封變成自密封運(yùn)行后，手動(dòng)開(kāi)啟軸封供汽閥前疏水閥，保證一定量的蒸汽流量，保證軸封供汽閥前溫度，做到任何情況下軸封蒸汽都處于備用狀態(tài)，保證機(jī)組的安全運(yùn)行[4-5]。

1.3? ? 低壓軸封溫度過(guò)高問(wèn)題

隨著汽機(jī)負(fù)荷升高，機(jī)組的低壓軸封供汽由高、中壓軸封溢流提供，高、中壓蒸汽額定溫度為600 ℃，溢流蒸汽溫度為330～340 ℃，從圖1可以看出，從高、中壓溢流至低壓軸封過(guò)程中無(wú)減溫水設(shè)置，低壓軸封供汽溫度為330～340 ℃。調(diào)試時(shí)，在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行期間，由于低壓軸封溫度高于330 ℃，觸發(fā)軸封溫度高限報(bào)警，需要額外開(kāi)啟輔汽至軸封供汽，將部分冷蒸汽加入，從而解決低壓軸封溫度過(guò)高的問(wèn)題。從機(jī)組安全運(yùn)行角度出發(fā)，低壓軸封溫度過(guò)高，對(duì)低壓軸封金屬產(chǎn)生熱應(yīng)力，會(huì)影響機(jī)組壽命及經(jīng)濟(jì)性，嚴(yán)重時(shí)可能損害軸封片。

2? ? 軸封系統(tǒng)改造建議

西門(mén)子SST5-5000型號(hào)汽機(jī)存在的上述問(wèn)題，通過(guò)改造可以避免，經(jīng)研究有下述建議：

2.1? ? 軸封蒸汽投入SGC改造建議

機(jī)組投入軸封蒸汽時(shí)必須考慮汽機(jī)缸溫，盡量降低冷空氣進(jìn)入缸內(nèi)對(duì)汽機(jī)造成的影響。

當(dāng)缸溫低于150 ℃時(shí)，可以保留原來(lái)的SGC順控，即：（1）關(guān)閉真空破壞閥，開(kāi)啟真空泵，當(dāng)真空低于80 kPa（0.8 bar）時(shí)進(jìn)入下一步;（2）關(guān)閉本體疏水閥，并投入軸加冷卻水;（3）投入軸加風(fēng)機(jī);（4）投入軸封供汽閥及溢流閥自動(dòng);（5）軸封壓力穩(wěn)定在3.5 kPa（35 mbar），軸封SGC結(jié)束。

當(dāng)缸溫高于150 ℃時(shí)，為了避免冷空氣進(jìn)入缸內(nèi)，SGC順控應(yīng)先投入密封蒸汽后抽真空：（1）關(guān)閉本體疏水閥，并投入軸加冷卻水;（2）投入軸加風(fēng)機(jī);（3）投入軸封供汽閥及溢流閥自動(dòng);（4）軸封壓力穩(wěn)定在3.5 kPa（35 mbar）;（5）關(guān)閉真空破壞閥，開(kāi)啟真空泵。

改造后，溫、熱態(tài)投入真空軸封蒸汽時(shí)，冷空氣不會(huì)再被吸入缸內(nèi)，避免了汽機(jī)系統(tǒng)損壞。

在實(shí)際操作中，還需要密切關(guān)注軸封供汽蒸汽溫度，應(yīng)與轉(zhuǎn)子溫度匹配，可以通過(guò)加強(qiáng)疏水及控制輔汽溫度來(lái)控制軸封供汽溫度。

2.2? ? 軸封系統(tǒng)改造建議

目前軸封系統(tǒng)存在兩個(gè)問(wèn)題：（1）自密封后，輔汽至軸封供汽氣源溫度不足;（2）自密封后，低壓軸封溫度過(guò)高。在此軸封系統(tǒng)基礎(chǔ)上可以加以改造，避免上述兩個(gè)問(wèn)題的發(fā)生。改造后的軸封蒸汽系統(tǒng)如圖2所示。

改造后的軸封系統(tǒng)投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了以下功能：機(jī)組盤(pán)車時(shí)投入軸封蒸汽，此時(shí)兩路軸封蒸汽均由輔汽提供，高、中壓軸封供汽調(diào)閥及低壓軸封供汽調(diào)閥由PID功能塊實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制。在投運(yùn)初期，高、中壓軸封溫度可以由增大溢流閥開(kāi)度快速提升;機(jī)組沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)后，高、中壓軸封慢慢切至自密封狀態(tài)，高、中壓軸封供汽調(diào)閥關(guān)閉，由溢流閥進(jìn)行壓力控制;低壓軸封在機(jī)組高負(fù)荷階段仍然由輔汽提供，低壓供汽調(diào)閥進(jìn)行壓力控制，蒸汽溫度由輔汽系統(tǒng)控制;在機(jī)組降負(fù)荷或情況異常時(shí)，由輔汽提供密封蒸汽，特別是異常情況時(shí)密封蒸汽能快速切入。

改造后的高、中壓軸封與低壓軸封分開(kāi)獨(dú)立供汽，增加低壓軸封供汽調(diào)節(jié)閥，高、中壓軸封單獨(dú)供汽，避免了高、中壓溢流出來(lái)溫度過(guò)高的蒸汽再進(jìn)入低壓軸封，直接進(jìn)入溢流進(jìn)入疏水立管（凝汽器），保證了高、中壓軸封蒸汽任意工況下的壓力控制;低壓軸封單獨(dú)供汽一方面可以保證在任意工況下低壓軸封由輔汽提供，溫度、壓力都在可控范圍內(nèi)，另一方面可以在任意工況下保證輔汽至軸封管道有一定蒸汽通流量，保證輔汽供應(yīng)溫度，在機(jī)組跳閘或正常停機(jī)過(guò)程中，機(jī)組高、中壓軸封有溫度合適的蒸汽供應(yīng)，從而保證機(jī)組設(shè)備運(yùn)行安全[6]。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)組在投入軸封時(shí)應(yīng)對(duì)機(jī)組冷、溫、熱態(tài)分別進(jìn)行考慮，在機(jī)組冷態(tài)投入軸封時(shí)，應(yīng)先拉真空至一定壓力下再投入軸封;在機(jī)組溫態(tài)及熱態(tài)時(shí)，應(yīng)先保證軸封密封蒸汽供應(yīng)，然后再進(jìn)行拉真空操作。

軸封系統(tǒng)要求各機(jī)組各個(gè)工況下都能滿足供汽要求，確保機(jī)組安全，降低機(jī)組損壞風(fēng)險(xiǎn)。軸封系統(tǒng)改造后，機(jī)組在任意工況下輔汽至軸封管道均能保證一定通流量，保證高、中壓軸封蒸汽溫度備用狀態(tài)，而且低壓軸封溫度也變得可控可調(diào)，避免了緊急狀態(tài)下軸封系統(tǒng)無(wú)法投入的情況，也提高了軸封系統(tǒng)可靠性。

[參考文獻(xiàn)]

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